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spring aop 实现原理简述

2015年12月28日

简介

编程思想 or 编程模型

AOP是一套编程思想,是一种功能分解的方法,类似于责任链模式中的横切(具体的实现还真用了责任链模式)。其实,在web开发中,Filter和Servlet,本身就是一个AOP-like,只是跟常规的AOP有以下不同:

  • 其组合逻辑在web容器中已经实现,我们只需写自己的Filter(advice)和Servlet(pointcut)即可。
  • 其组合逻辑被封装成一个代理类,在运行时生成字节码。

来自《spring源码深度解析》:我们知道,使用面向对象编程有一些弊端,当需要为多个不具有继承关系的对象引入同一个公共行为时,例如日志、安全检测等(负责注册的类和处理商品类,都需要记录日志,但它们之间没什么继承关系),我们只有在每个对象里引入公共行为,这样程序中就产生了大量的重复代码,程序就不便于维护了。所以就有了一个面向对象编程的补充,即面向方面编程,AOP所关注的方向是横向的,不同于OOP的纵向。

AOP是一个编程模型,aspectj和jboss AOP对于Aop模型进行了具体的实现。Spring AOP则将aspectj的实现加入到Spring平台中,使得AOP与Spring可以更好的融合起来为开发提供方便的服务。具体的说,spring aop本身不做aop的事,只是提供一种手段(封装和引入),将aop与spring ioc整合在一起(就好像spring本身不提供kafka,而是通过spring-kafka 将kafka的功能引入到ioc)。

spring aop中的一些概念

  1. advice:如拦截到对应的某个方法后,我们要做写什么?advice就是拦截后要执行的动作。 类似于j2ee开发中的filter,举个例子

     interface BeforeAdvice{
     	void before(Method method,Object[] args,Object target) throws Throwable;
     }
    
  2. Pointcut:决定advice应该作用于哪个方法。举个例子

     class TruePointCut implements Pointcut{
         // PointCut中的关键就是MethodMatcher成员
     	public MethodMatcher getMethodMatcher(){
     	    return MethodMatcher.TRUE;
         }
     }
     MethodMatcher{
     		// 这会让任何目标方法都会被增强
     		public Boolean matcher(Method method,Class targetClass){
     	        return true;
         }
     }
    
  3. advisor,pointcut和advice的结合,举个例子

     class DefaultPointcutAdvisor extends AbstractGenericPointcutAdvisor{
     	private Pointcut pointcut = Pointcut.TRUE;// advice成员在父类中
         public DefaultPointcutAdvisor(Pointcut pointcut, Advice advice) {
     		this.pointcut = pointcut;
     		setAdvice(advice);
         }
     }
     class AbstractGenericPointcutAdvisor{
     	private Advice advice;
     }
    

Pointcut和advice在spring aop中都是一套类图(较多的父子层级关系)。它们既是aop模型中的概念,也对应配置文件中为我们提供的数据。

使用

配置方式的关键是:advice方法运行在pointcut方法的哪里(before、after、around等)

  1. advice实现接口MethodBeforeAdvice
  2. 配置注解

     public class xxxAdvice{
         @Pointcut
         public void xxx(){}
         @Before
         public void beforeSleep(){}
     }
    

在切面中,一般可以拿到切点的相关数据,进而处理相关的逻辑。

动态代理技术(待调整)

Aop的实现用到了动态代理技术,动态代理技术主要有两套实现:jdk和cglib。

spring源码分析之——spring aop原理 从代码上看,Spring AOP的原理大致如下:

实现一个InstantiationAwareBeanPostProcessor接口的bean。在每次bean初始化的时候找到所有advisor(spring ioc启动时,会采集类信息存储在BeanDefinition中),根据pointcut 判断是不是需要为将实例化的bean生成代理,如果需要,就把advice编制在代理对象里面。

AOP应用了java动态代理技术(或者cglib):基于反射在运行时生成代理类的字节码,下面是一个简单的例子:

public class BookFacadeProxy implements InvocationHandler {  
    private Object delegate;    // 委托类  
    // 返回代理类
    public Object createProxy(Object target) {  
        this.target = target;  
        //取得代理对象  
        return Proxy.newProxyInstance(delegate.getClass().getClassLoader(),  
                delegate.getClass().getInterfaces(), this);   
    }  
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)  
            throws Throwable {  
        Object result=null;  
        System.out.println("事务开始");  
        //执行方法  
        result=method.invoke(target, args);  
        System.out.println("事务结束");  
        return result;  
    }  
}  

通过createProxy方法,就可以返回某个类的代理类实例。委托类和代理类实现同一个接口,构建代理类时,通过invoke方法生成代理类每个方法的字节码。

而在上面章节提到,ioc在实例化bean时,预留了很多回调函数。所谓的回调函数,具体到java中就是一系列BeanPostProcessor链,BeanPostProcessor包括两个方法:

Object postProcessBeforeInitialization(Object, String) // 实例化bean前执行 Object postProcessAfterInitialization(Object, String) // 实例化bean后执行

在postProcessAfterInitialization方法中:

Object postProcessAfterInitialization(Object obj, String beanName){
    1. 根据beanName收集匹配的“增强”
    2. 判断采用何种动态代理技术
    3. 根据obj及相关“增强”获取动态代理后的实例result
    4. retrun result;
}

通过AOP,我们实际使用的类实例,已经不是我们源码看到的“基础类”,而是“基础类”和“增强类”的有机组合。

创建代理对象(假设配置信息都已加入如内存)

Alt text

代理对象由ProxyFactoryBean获取,ProxyFactoryBean是一个工厂bean,其getObject方法主要做了两件事:

  1. 加载配置;
  2. 创建并调用AopProxy返回代理对象。

Spring通过AopProxy接口类把Aop代理对象的实现与框架的其它部分有效的分离开来。ProxyFactoryBean倒像是一个桥梁,准备了必要的环境(比如将配置文件上的配置加载到属性上),真正的代理对象靠AopProxy生成。

AopProxy的getProxy()方法中调用Proxy.newProxyInstance(xx,xx,Invocationhanlder)创建代理对象,当然了,要为这个调用准备一个InvocationHanlder实现(AopProxy实现类同时也实现了InvocationHanlder接口)。在invoke方法里,触发目标对象方法对应的拦截链的执行。(拦截链的获取下文会提到)

AopProxy实例由AopProxyFactory创建,相关接口描述如下:

public interface AopProxy {
	Object getProxy();
	Object getProxy(ClassLoader classLoader);
}
class JdkDynamicAopProxy implements AopProxy, InvocationHandler{
    private final AdvisedSupport advised;   // 包含大量配置信息
    public Object getProxy(ClassLoader classLoader) {
		Class[] proxiedInterfaces = AopProxyUtils.completeProxiedInterfaces(this.advised);
		findDefinedEqualsAndHashCodeMethods(proxiedInterfaces);
		// 返回代理对象
		return Proxy.newProxyInstance(classLoader, proxiedInterfaces, this);
    }
    // InvocationHandler接口方法实现
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        1. 根据method拿到对应的拦截器链
        2. 执行拦截器链
    }
}

加载AOP配置

AOP的配置主要包括两个方面:哪些类的哪些方法需要增强,这些方法需要什么“增强”。与spring惯用的思路一样,第一次执行时,总是伴随着大量的操作(比如加载advice类),部分操作结果会被缓存,以节省下次操作的时间。

ProxyFactoryBean extends ProxyCreatorSupport (extends AdvisedSupport){
	private String[] interceptorNames;
    private List<Advisor> advisors;(来自AdvisedSupport类)
	getObject(){
	    1. initializeAdvisorChain();		//加载所有的advisor
	    2. 返回代理对象
    }
}

其中initializeAdvisorChain方法的主要思路

initializeAdvisorChain(){
	根据interceptorNames拿到每一个interceptor(即advice)的名字
	根据名字通过ioc拿到advice实例,并将其加入到advisors成员中
}

advice加载进内存后,会根据方法的不同组成不同的拦截链(根据配置)。如何根据方法拿到对应的拦截链?

// 该逻辑的调用时机
class JdkDynamicAopProxy implements AopProxy,InvocationHandler{
    private final AdvisedSupport advised;
	public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args){
		chain = advised.getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(method, targetClass);
		invocation = new ReflectiveMethodInvocation(xx, target, method, args, targetClass, chain);
		retVal = invocation.proceed();
    }
    public Object getProxy(){
        // 准备数据
        Proxy.newProxyInstance(xx,xx,this);
    }
}

// 如何拿到
class AdvisedSupport{
    private List<Advisor> advisors;
    getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(method, targetClass){
        1.	先从缓存里看看
        2.  如果缓存中没有
        3.	遍历advisors(依据配置加载的所有advisors(advisor=advice + pointcut)),通过当前advisor中的pointcut的matches方法判断advisor是否使用这个method,使用则将其转换为Interceptor,加入到chain中
        4.	返回chain并加入缓存
    }
}

拦截链的执行

刚才提到,虽然同是责任链模式,但aop拦截器链跟一般的责任链模式还是有所不同的。aop的拦截器分为前置,后置和异常时拦截。而在一般的责任链模式中,前置、后置和异常时拦截是通过代码实现来区分的。

// 链的执行
class ReflectiveMethodInvocation implements ProxyMethodInvocation{
	// 目标方法、参数和类型
    protected final Object target,Method method,Object[] arguments,Class targetClass;
    // 当前拦截器的索引
    private int currentInterceptorIndex = -1;
    protected final List interceptorsAndDynamicMethodMatchers;// 拦截器链(已经从advice转化为了interceptor(适配器模式))
    public Object proceed() throws Throwable {
    		// 如果执行到链的最后,则直接执行目标方法
    		// 获取当前interceptor
    		Object interceptorOrInterceptionAdvice =
    		    this.interceptorsAndDynamicMethodMatchers.get(++this.currentInterceptorIndex);
    		if (interceptorOrInterceptionAdvice符合特定类型) {
    			// 执行特定逻辑
    		}else {
    			// 执行拦截器
    			return ((MethodInterceptor) interceptorOrInterceptionAdvice).invoke(this);
    		}
    	}
}

aop拦截器链的执行逻辑如下

  1. 执行所有的前置通知,如果碰到后置通知,则方法入栈(递归调用)。
  2. 执行目标方法
  3. 执行后置通知(原来压栈的方法出栈)
  4. 异常通知(与后置通知类似(都是在方法的后边执行嘛),不过,貌似一个方法的异常通知只能有一个)